原油降凝剂的结构设计、控制及其性能研究

原油在低温下不易流动，严重影响管道的输送能力。使用降凝减粘剂可改善原油的低温流动性，提高输送效率，满足我国能源领域的重大需求。本项目拟合成对原油组分变化有很强适应性的聚合物降凝减粘剂，其分子链结构集合了现有各类降凝减粘剂的基本结构特征（烷烃长侧链、芳香族基团、含氧氮的极性基团等）；并通过设计与控制聚合物的链结构，揭示其链结构与原油中各组分(石蜡、胶质、沥青质等)的相互匹配规律，力图实现从链结构的角度出发设计和制备聚合物降凝减粘剂。主要研究内容包括：采用可控自由基聚合技术制备苯乙烯-马来酸酐共聚物，获得芳香族基团含量及分布、接枝点密度及分布均可控的前驱体；控制不同结构的前驱体与长链脂肪族胺的反应过程，获得极性及烷烃侧链长度均可控的降凝减粘剂；考察降凝减粘剂与原油各成分的相互作用，揭示聚合物链结构对不同石蜡、胶质、沥青质含量的原油和其模拟体系结晶特性和低温流变行为的影响规律。

以苯乙烯(St)、马来酸酐(MAh)为单体的进行RAFT可控自由基共聚合，制备单段St均聚物(PS)、St-MAh共聚物(SMA)及嵌段共聚物PS-b-SMA，并实现分子量大小及分布、MAh含量及序列分布、嵌段结构等链结构参数的调控，确认PS-RAFT法是制备窄分子量分布且严格交替结构SMA段PS-b-SMA嵌段共聚物的最佳方法。.将不同链结构的SMA与十八胺进行酰亚胺化反应，生成开环产物，聚(苯乙烯--N-十八烷基马来酰胺酸)(SNODMA)；该产物经酰亚胺化反应后生成目标降凝减粘剂，聚(苯乙烯-b-N-十八烷基马来酰亚胺)(SNODMI)。探讨了酰胺化及酰亚胺化反应的动力学，为调控目标产物的酰亚胺化程度提供依据。.以不同种类原油为对象，揭示了SNOMNI型聚合物降凝减粘剂链结构的设计规律。针对石蜡质模拟原油，考察SNODMI中支链含量及酰亚胺化程度对结晶温度(Tc)、结晶形态、复合粘度(η*)及屈服应力(τy)等的影响。发现SNODMI可使Tc下降3.6℃，蜡晶形态由层叠的长条状变为分散的针状或颗粒状，τy降低超过70倍；支链的含量越高，酰亚胺化程度越高，越能促进结晶形态的改善、Tc及τy的降低。另外，分子量适中、分布窄的SNODMI降凝减粘效果最好。嵌段共聚物总链长及SNODMI嵌段分子量均存在最佳值；而PS嵌段链长增加，利于流动性提高。.从稠油中提取沥青，配置成低沥青含量石蜡质原油模拟体系。与仅含石蜡质的体系一致，SNODMI支链含量越大，分子量适中，降粘减粘效果越好；酰亚胺化率的增大，Tc下降明显。但适中的酰亚胺化率、宽的分子量分布，最利于结晶形态的改善、η*及τy的降低。嵌段聚合物中各嵌段越长、支链在SNOMNI段越集中，越有利于改善流动性能。.将模拟体系中的沥青含量提高，获得高沥青含量石蜡质原油模拟体系。通过沥青沉淀过程中的背散射信号分析，发现SNOMNI中支链含量越高、分子量适中、酰亚胺化程度适中时，沥青颗粒的稳定性最好。不过，对高沥青含量石蜡质原油结晶温度、低温流动性改善最佳的是支链含量最高、分子量适中、酰亚胺化程度100%的SNOMNI型降粘减粘剂。